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相對(duì)于常規(guī)輕載工業(yè)機(jī)器人而言，重載機(jī)器人為了實(shí)現(xiàn)高速、高精度、高負(fù)載等典型性能需求，對(duì)控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。在此背景下，面向重載搬運(yùn)、磨拋、攪拌摩擦焊等重載型工業(yè)機(jī)器人高精度、高速度控制需求，開(kāi)展了150KG/500KG重載機(jī)器人剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模與補(bǔ)償控制等關(guān)鍵技術(shù)研究。具體技術(shù)指標(biāo)： (1) 研發(fā)實(shí)現(xiàn)了六自由度重載機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及模型參數(shù)、負(fù)載在線辨識(shí)技術(shù)，以建立重載機(jī)器人帶載工況下的高精度完整動(dòng)力學(xué)模型，提高帶載情況下的自適應(yīng)控制精度； (2) 針對(duì)傳統(tǒng)重載機(jī)器人所存在的控制精度較低、動(dòng)態(tài)性能較差等問(wèn)題，研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于動(dòng)力學(xué)模型的力矩前饋控制方法，通過(guò)對(duì)力矩的實(shí)時(shí)補(bǔ)償可有效提高機(jī)器人的軌跡跟蹤精度，改善動(dòng)態(tài)性能； (3) 針對(duì)由于關(guān)節(jié)柔性而導(dǎo)致的重載機(jī)器人關(guān)節(jié)彈性振動(dòng)問(wèn)題，研發(fā)實(shí)現(xiàn)了一種關(guān)節(jié)彈性振動(dòng)抑制復(fù)合控制方法，無(wú)需借助外部傳感器，可有效抑制了機(jī)器人的關(guān)節(jié)彈性振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人末端的柔性偏差補(bǔ)償，提高重載作業(yè)的軌跡跟蹤精度。

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介  “中國(guó)制造2025”發(fā)展規(guī)劃的啟動(dòng)促使智能制造成為生產(chǎn)制造企業(yè)的主旋律，而工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要柔性制造單元，迎來(lái)了廣闊的行業(yè)發(fā)展機(jī)遇。福建省出臺(tái)的《福建省實(shí)施<中國(guó)制造2025>行動(dòng)計(jì)劃》，將發(fā)展智能制造視為首要任務(wù)，推廣“數(shù)控一代”，開(kāi)展智能制造試點(diǎn)示范，實(shí)施“機(jī)器換人”專項(xiàng)行動(dòng)，發(fā)展壯大智能裝備產(chǎn)業(yè)，開(kāi)發(fā)智能終端產(chǎn)品和提升工業(yè)軟件支撐能力。 二、前期研究基礎(chǔ) 與泉州市微柏工業(yè)機(jī)器人研究院有限公司建立合作關(guān)系，采用企業(yè)與高校共同投資模式，建立“嘉庚學(xué)院—微柏工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有師生近百人，為高校師生提供研發(fā)環(huán)境，為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)難題攻關(guān)并培育人才。 與微柏簽署了為期3年的技術(shù)服務(wù)合同（2014.12-2017.12，微柏工業(yè)機(jī)器人技術(shù)支持服務(wù)，150萬(wàn)元）。 與微柏聯(lián)合申報(bào)了多項(xiàng)科技項(xiàng)目：（1）工業(yè)機(jī)器人整機(jī)綜合性能測(cè)試儀的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，2016.10，國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)；（2）工業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，2015.9，福建省對(duì)外合作項(xiàng)目；（3）面向瓷磚智能化分揀生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)，2015.10，泉州市科技局燎原計(jì)劃。并協(xié)助微柏完成了福建省新型科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)創(chuàng)新基金、廈門大學(xué)本科生校外實(shí)習(xí)基地申請(qǐng)。 三、應(yīng)用技術(shù)成果 基于課題組自主研發(fā)的機(jī)器人控制器，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，分別開(kāi)展了以下6個(gè)項(xiàng)目：（1）為四川航天世東汽車部件有限公司研發(fā)的焊接機(jī)器人焊縫自動(dòng)跟蹤識(shí)別系統(tǒng)；（2）為蘇州寶麗潔公司研發(fā)的之駐守機(jī)器人濕紙巾自動(dòng)識(shí)別貼蓋系統(tǒng)；（3）為泉州港威五金制品有限公司研發(fā)了鋁水自動(dòng)澆注系統(tǒng)；（4）為晉江的沃鞋服有限公司研發(fā)的鞋模自動(dòng)跟蹤噴膠系統(tǒng)；（5）為福建省鋰東精密機(jī)械有限公司研制了自動(dòng)搬運(yùn)識(shí)別系統(tǒng)；（6）為江蘇太倉(cāng)寶祥有色金屬制品廠研制了自動(dòng)碼垛識(shí)別系統(tǒng)。 四、合作企業(yè) 泉州市微柏工業(yè)機(jī)器人研究院有限公司是福建省工業(yè)機(jī)器人研發(fā)龍頭企業(yè)，從事工業(yè)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化十余年，專注研發(fā)六關(guān)節(jié)與四關(guān)節(jié)自由度串并聯(lián)機(jī)械手等，自主研發(fā)數(shù)十種應(yīng)用在沖壓、噴涂、焊接、激光加工等生產(chǎn)作業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)機(jī)器人。自主研發(fā)了高精度RV減速機(jī)檢測(cè)臺(tái)，工業(yè)機(jī)器人零點(diǎn)矯正與運(yùn)動(dòng)精度檢測(cè)裝置，焊接機(jī)器人防碰撞測(cè)試裝置等工業(yè)機(jī)器人核心部件與整機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，獲得國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)，國(guó)家實(shí)用新型專利30項(xiàng)。作為福建省科技小巨人企業(yè)、福建省科技型企業(yè)泉州市智能制造示范企業(yè)等，承擔(dān)了省部級(jí)科技項(xiàng)目10余項(xiàng)。

本研究根據(jù)90％腦神經(jīng)功能正常的人在短時(shí)間閉眼后腦電（EEG）中alpha（α）波幅均可明顯增強(qiáng)這一普適特征，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)便易行的基于腦電α波的腦-機(jī)接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅需在操作者頭后部放兩個(gè)腦電檢測(cè)電極，短暫訓(xùn)練就可以快速而可靠地控制外接機(jī)電裝置運(yùn)行開(kāi)關(guān)，還可以擴(kuò)展為多選項(xiàng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。搭建了閉眼alpha波控制系統(tǒng)，引入開(kāi)關(guān)抑制模塊減少誤控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)開(kāi)關(guān)的快速可靠控制，經(jīng)10名操作者試驗(yàn)，激活開(kāi)關(guān)平均時(shí)間為2.4秒、平均錯(cuò)誤率3％，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)LabVIEW平臺(tái)顯示的循環(huán)燈選擇系統(tǒng)，利用α波控制單個(gè)開(kāi)關(guān)的功能，通過(guò)四燈循環(huán)作為指示菜單，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)目標(biāo)的α波控制選擇。經(jīng)5名操作者試驗(yàn)，證實(shí)每個(gè)受試者均只需少數(shù)訓(xùn)練時(shí)程即可達(dá)到10%或更低的錯(cuò)誤率。設(shè)計(jì)了α波機(jī)器人控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)α波對(duì)服務(wù)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。經(jīng)5名操作者參加連續(xù)25次隨機(jī)方向控制實(shí)驗(yàn)，平均正確率達(dá)到91.2％，再次證實(shí)本研究設(shè)計(jì)的α波的腦-機(jī)接口系統(tǒng)進(jìn)行多選項(xiàng)控制的可實(shí)現(xiàn)性和潛在應(yīng)用價(jià)值。如實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成化和便攜化，配置適當(dāng)?shù)目刂骑@示面板，可望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出專供那些患有全身性重癥癱瘓但頭腦功能正常的殘疾人使用的新型助殘輪椅等產(chǎn)品。

"e-Dog四足仿生機(jī)器人：全球首款可高速奔跑和跳躍的輕量級(jí)電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人，面向高校和中小學(xué)的教學(xué)培訓(xùn)型四足仿生機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)，包括軟硬件開(kāi)源的高性能四足仿生機(jī)器人及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具軟件，為國(guó)內(nèi)高校和中小學(xué)提供教學(xué)、培訓(xùn)、比賽二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)。機(jī)器人具備卓越的運(yùn)動(dòng)能力，采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的步態(tài)規(guī)劃算法，能夠快速奔跑和跳躍，并具備較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，能夠跨越高臺(tái)、樓梯、溝壑、斜坡等障礙地形。 roboDog如寶機(jī)器狗：國(guó)內(nèi)首款具備豐富感知能力，并搭載智慧AI云腦的輕量級(jí)機(jī)器狗。roboDog面向家庭場(chǎng)景，在卓越的運(yùn)動(dòng)性能和地形適應(yīng)能力基礎(chǔ)上，增加了豐富的傳感功能，構(gòu)建了包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等能力的綜合環(huán)境感知系統(tǒng)以及基于云服務(wù)平臺(tái)的智慧云腦。同時(shí)針對(duì)家庭應(yīng)用場(chǎng)景，為用戶提供了豐富流暢的交互體驗(yàn)。 "

大尺寸測(cè)量的用途十分廣泛，幾乎應(yīng)用到大型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、裝配成型、驗(yàn)收交付等各個(gè)環(huán)節(jié)，在航空航天、車輛船舶、風(fēng)電、水利工程、雷達(dá)天線、重型機(jī)械等領(lǐng)域的需求尤為突出，在現(xiàn)代大型機(jī)械制造業(yè)中扮演著極其重要的角色。

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有雙擺錘的球形機(jī)器人及其應(yīng)用。球形外殼裝在球形內(nèi)殼外形成球面滑動(dòng)，球形內(nèi)殼中安裝有相互垂直的第一固定軸和第二固定軸，第一固定軸主要由分別位于第二固定軸兩側(cè)的兩段軸構(gòu)成，兩段軸同軸，第一固定軸和第二固定軸的軸線交點(diǎn)位于球形內(nèi)殼球心；固定軸一端連接擺錘電機(jī)的輸出軸，另一端通過(guò)擺錘軸承連接到球形內(nèi)殼壁孔中，擺錘固定連接到固定軸中部。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了球形機(jī)器人向任意方向滾動(dòng)，方便易行，穩(wěn)定性高。

突破了人機(jī)交互遙操作機(jī)器人的力感知、力反饋、力控制三大關(guān)鍵技術(shù)，研制成功人機(jī)交互遙操作的關(guān)鍵支撐設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

主要功能和應(yīng)用領(lǐng)域： 老齡化社會(huì)和殘疾人需要家用機(jī)器人服務(wù)。當(dāng)今中國(guó)，需要面對(duì)的新挑戰(zhàn)是人口的老齡化加劇，以及殘疾人的比重越來(lái)越高，未來(lái)我們需要投入大量的人力物理財(cái)力來(lái)陪護(hù)老年人和殘疾人的生活起居。面向居家養(yǎng)老的家政服務(wù)機(jī)器人對(duì)提高老人的生活質(zhì)量及緩解國(guó)家和社會(huì)的壓力具有重要的意義。 面向居家養(yǎng)老的家政服務(wù)機(jī)器人的主要功能有： （1） 個(gè)人助理，包括日程計(jì)劃與提醒、面孔記憶與識(shí)別、電子設(shè)備操作指導(dǎo)、可視通話、攝影攝像、報(bào)告天氣提醒穿衣等。 （2） 娛樂(lè)陪伴，包括音視頻顛簸、歌唱舞蹈、表情語(yǔ)音互動(dòng)交流等。 （3） 安全監(jiān)測(cè)，包括人體活動(dòng)分析及異常檢測(cè)、煤氣水電危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等。 （4） 云端計(jì)算，包括用戶活動(dòng)、交互反饋云端存儲(chǔ)、用戶習(xí)慣模式分析及個(gè)性化交互推薦、機(jī)器人協(xié)作交流等。 特色及先進(jìn)性： 該成果包括全向移動(dòng)地盤技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)、3D手勢(shì)精確建模識(shí)別和學(xué)習(xí)技術(shù)、2D和3D眼動(dòng)跟蹤和檢測(cè)技術(shù)，具備先進(jìn)的感知能力、視覺(jué)理解能力及多媒體交互技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 靜態(tài)手勢(shì)識(shí)別，采用WDTW識(shí)別技術(shù)，可以識(shí)別任意自定義手勢(shì)，最大使用距離為4M，視角為70度（垂直）60度（水平），分辨率為1080p。識(shí)別率方面，在CHTG自定義手勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)3D連續(xù)手勢(shì)識(shí)別算法進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，我們的方法和傳統(tǒng)的識(shí)別的方法分別取得了85%的正確率以及12.2%的錯(cuò)誤。 眼動(dòng)控制采用基于投影空間中交比不變性的眼睛凝視點(diǎn)估計(jì)方法，使用距離為100-800mm，使用偏移為200mm（垂直）200mm（水平），控制頻率為30fps。目前眼動(dòng)控制技術(shù)精精度高達(dá)2度。 能為產(chǎn)業(yè)解決的關(guān)鍵問(wèn)題和實(shí)施后可取得的效果： 現(xiàn)有研究成果覆蓋了面向居家養(yǎng)老的家政機(jī)器人的全部關(guān)鍵技術(shù)，基本具備了產(chǎn)業(yè)化的初步條件，目前正在加緊研制樣機(jī)。項(xiàng)目實(shí)施后將推出極具競(jìng)爭(zhēng)力的居家養(yǎng)老家政服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

老齡化社會(huì)和殘疾人需要家用機(jī)器人服務(wù)。當(dāng)今中國(guó)，需要面對(duì)的新挑戰(zhàn)是人口的老齡化加劇，以及殘疾人的比重越來(lái)越高，未來(lái)我們需要投入大量的人力物理財(cái)力來(lái)陪護(hù)老年人和殘疾人的生活起居。面向居家養(yǎng)老的家政服務(wù)機(jī)器人對(duì)提高老人的生活質(zhì)量及緩解國(guó)家和社會(huì)的壓力具有重要的意義。面向居家養(yǎng)老的家政服務(wù)機(jī)器人的主要功能有：（1） 個(gè)人助理，包括日程計(jì)劃與提醒、面孔記憶與識(shí)別、電子設(shè)備操作指導(dǎo)、可視通話、攝影攝像、報(bào)告天氣提醒穿衣等。（2） 娛樂(lè)陪伴，包括音視頻顛簸、歌唱舞蹈、表情語(yǔ)音互動(dòng)交流等。（3） 安全監(jiān)測(cè)，包括人體活動(dòng)分析及異常檢測(cè)、煤氣水電危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等。（4） 云端計(jì)算，包括用戶活動(dòng)、交互反饋云端存儲(chǔ)、用戶習(xí)慣模式分析及個(gè)性化交互推薦、機(jī)器人協(xié)作交流等。

依托我校“機(jī)器人視覺(jué)感知與控制技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”等重點(diǎn)研究基地，重點(diǎn)開(kāi)展面向工業(yè)4.0的智慧工廠技術(shù)、生產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)、智能工業(yè)機(jī)器人、高性能伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)和裝備的研發(fā)。在機(jī)器人感知技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了傳感器微型化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化，為機(jī)器人感知提供系統(tǒng)的解決方案；在機(jī)器人控制技術(shù)方面提高了機(jī)器人操作精度、可靠性、可重復(fù)性等性能指標(biāo)，保障機(jī)器人能夠完成多任務(wù)、高柔性的靈巧作業(yè)。目前已研發(fā)并應(yīng)用的機(jī)器人包括鐵軌表面缺陷檢測(cè)機(jī)器人、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸鑄件清理機(jī)器人、高壓電線巡檢除冰機(jī)器人、與瑞森可機(jī)器人公司聯(lián)合研制的關(guān)節(jié)臂式機(jī)器人等。